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JPH065267B2 - Josephson junction high-sensitivity magnetometer - Google Patents
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JPH065267B2 - Josephson junction high-sensitivity magnetometer - Google Patents

Josephson junction high-sensitivity magnetometer

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Publication number
JPH065267B2
JPH065267B2 JP59155058A JP15505884A JPH065267B2 JP H065267 B2 JPH065267 B2 JP H065267B2 JP 59155058 A JP59155058 A JP 59155058A JP 15505884 A JP15505884 A JP 15505884A JP H065267 B2 JPH065267 B2 JP H065267B2
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superconducting
squid
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output
loop
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浩 太田
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RIKEN
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はジョセフソン接合を有する高感度磁束計に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high-sensitivity magnetometer having a Josephson junction.

(従来の技術) ジョセフソン効果を応用した磁束計SQUID(superco
nducting quantum interference device)は高感度かつ
応答が極めて速いという特徴を有し、高精度測定および
高感度測定が要求される分野に使用されている。例え
ば、人体から発生する微弱磁界信号の検出がSQUID
磁束計によって可能になった。また、油田層の存在や高
温水層の探査等地質的な調査を精度よく行うことが可能
となった。
(Prior Art) SQUID (superco
nducting quantum interference device) is characterized by high sensitivity and extremely fast response, and is used in fields requiring high-accuracy measurement and high-sensitivity measurement. For example, the detection of a weak magnetic field signal generated by the human body is SQUID
Made possible by the magnetometer. In addition, it has become possible to accurately perform geological surveys such as the existence of oil field layers and exploration of high temperature water layers.

SQUIDとしては、今日第2図に示されるようなRF
−SQUIDと第3図に示されるようなDC−SQUI
Dとが知られている。
As SQUID, RF as shown in Fig. 2 is used today.
-SQUID and DC-SQUI as shown in FIG.
D is known.

DC−SQUIDは動作バイアス電圧の最適化が可能で
あり、RF−SQUIDと比較して高感度であるが、人
体等の帯電電荷により容易に破損してしまうという欠点
があり、実際にはRF−SQUIDのみが実用されてい
る。第2図に示されるRF−SQUIDにおいて、各超
伝導ループ50、51の自己インダクタンスをLとし、
超伝導ループ50および51を流れる電流をI1および
2とし、超伝導ループ50および51に与えられる外
部磁束をそれぞれΦe1およびΦe2とし、超伝導ループ5
0および51の内部磁束をそれぞれΦ1およびΦ2とし、
さらにジョセフソン接合52の臨界電流値をIとする
と、第2図に示されたRF−SQUIDの動作を表わす
方程式は で与えられる。ここで は単位磁束量子を表わす。
The DC-SQUID can optimize the operation bias voltage and has high sensitivity as compared with the RF-SQUID, but has a drawback that it is easily damaged by a charged electric charge of a human body, etc. Only SQUIDs are in practical use. In the RF-SQUID shown in FIG. 2, the self-inductance of each superconducting loop 50, 51 is L,
The currents flowing through the superconducting loops 50 and 51 are I 1 and I 2, and the external magnetic fluxes given to the superconducting loops 50 and 51 are Φ e1 and Φ e2 , respectively.
The internal magnetic fluxes of 0 and 51 are Φ 1 and Φ 2 , respectively,
Further the critical current value of the Josephson junctions 52 and I m, the equation representing the RF-SQUID of the operation shown in FIG. 2 Given in. here Represents a unit magnetic flux quantum.

第5図に第2図に示されるRF−SQUIDにおける励
起外部磁束Φ=(Φe1−Φe2)/2に対する内部磁束
Φ1の関係を示す。曲線A、Bは異なる臨界電流値I
に対するものであるが、雑音の理論によると第5図の曲
線Bの場合が動作点における入力磁束対出力磁束の比が
最大であり最高感度を得ることができる。曲線Bは Φ0=2πLI (2) の時に実現される。
FIG. 5 shows the relationship of the internal magnetic flux Φ 1 to the excited external magnetic flux Φ e = (Φ e1 −Φ e2 ) / 2 in the RF-SQUID shown in FIG. 2. Curves A and B have different critical current values I M
However, according to the theory of noise, in the case of the curve B in FIG. 5, the ratio of the input magnetic flux to the output magnetic flux at the operating point is the maximum, and the maximum sensitivity can be obtained. Curve B is realized when Φ 0 = 2πLI M (2).

第2図に示されるRF−SQUID磁束計の一例が特願
昭57−225633号明細書に記載されている。この
明細書に記載されるRF−SQUIDは、絶縁体薄膜と
超伝導体薄膜とを積層する薄膜積層技術によって形成さ
れており、ジョセフソン接合は弱結合によって達成され
ている。この薄膜型のRF−SQUID素子は、従来の
ポイントコンタクト形式のものと比較して大量生産の可
能性をひめている。
An example of the RF-SQUID magnetometer shown in FIG. 2 is described in Japanese Patent Application No. 57-225633. The RF-SQUID described in this specification is formed by a thin film laminating technique in which an insulator thin film and a superconductor thin film are laminated, and the Josephson junction is achieved by a weak bond. This thin film type RF-SQUID element has the possibility of mass production as compared with the conventional point contact type.

(発明が解決しようとする問題点) 上述したようにジョセフソン接合の臨界電流値は第(2)
式を満たすように設定されることが、最高感度を得るた
めの条件とされるが、従来のRF−SQUIDで第(2)
式の条件I=Φ0/(2πL)を満足することは極め
て難しい。
(Problems to be solved by the invention) As described above, the critical current value of the Josephson junction is the second (2)
It is a condition to obtain the maximum sensitivity that it is set to satisfy the formula, but it is the second (2) in the conventional RF-SQUID.
It is extremely difficult to satisfy the condition I M = Φ 0 / (2πL) of the formula.

例えば、上記特願昭明細書に記載されるような薄膜型の
SQUIDにおいては、薄膜によって形成された小さな
超伝導ループのインダクタンスの計算も実測も容易でな
く設定すべき値を正確に見い出すことができないという
問題もあるが、それよりも10μA程度の臨界電流値I
を正確に調整することが極めて難しいという問題が存
在する。
For example, in the thin-film type SQUID as described in the above-mentioned Japanese Patent Application No. SQID, it is not easy to calculate or measure the inductance of a small superconducting loop formed by a thin film, and it is possible to accurately find a value to be set. There is also the problem that it cannot be done, but a critical current value I of about 10 μA
There is the problem that it is extremely difficult to adjust M accurately.

ジョセフソン接合として弱結合を用いた場合弱結合部の
寸法が、所望の臨界電流値を得るために設計段階でまず
例えばはば0.5μm、厚さ150オングストローム、長
さ100オングストロームと決められ、さらに製造段階
で弱結合部の寸法の調節が行われるのが通常であるが、
実際には臨界電流値は第(2)式によって決まる予定値か
らはかなりへただった値となる。
When weak coupling is used as the Josephson junction, the dimensions of the weak coupling portion are first determined to be, for example, 0.5 μm, a thickness of 150 Å, and a length of 100 Å at the design stage in order to obtain a desired critical current value. It is usual to adjust the dimensions of the weak connection at the manufacturing stage,
Actually, the critical current value is considerably less than the planned value determined by Eq. (2).

ジョセフソン接合として弱結合を用いた場合(他のジョ
セフソン接合に関しては言えない)例外的に一旦ジョセ
フソン接合を製造した後陽極酸化法によって臨界電流値
を調整することができるが、この場合においても、
陽極酸化時に同時に臨界電流値を測定することができ
ず、陽極酸化と臨界電流値の測定を交互に行う必要があ
り、陽極酸化と臨界電流値の測定を有限回(例えば30
回)繰り返しても予定値にならない場合が多い。それど
ころか逆に予定値よりも臨界電流値が小さくなりすぎて
失敗してしまう場合がある。陽極酸化法は臨界電流値I
を小さくすることのみが可能である。
Josephson case of using weak bonds as bonding (not be said for other Josephson junction) by anodic oxidation after the production of an exceptionally Once the Josephson junction can be adjusted critical current value I M, the In some cases,
Since the critical current value cannot be measured at the same time during the anodization, it is necessary to alternately perform the anodization and the critical current value measurement.
In many cases, it does not reach the planned value even if repeated. On the contrary, in some cases, the critical current value becomes too smaller than the expected value and the operation fails. The critical current value I
It is only possible to make M small.

従って、従来は磁束計動作時に液体ヘリウム温度を変化
させて臨界電流値Iを変化(臨界電流値は温度依存性
がある)して最高感度の条件第(2)式を満足させてい
た。しかしながら実用という観点から見れば液体ヘリウ
ム温度を変化させることは極めて厄介でありまたそのた
めの費用が必要とされ好ましくない。
Therefore, conventionally, the liquid helium temperature was changed during the operation of the magnetometer to change the critical current value I M (the critical current value has temperature dependency) to satisfy the condition (2) of the highest sensitivity. However, from a practical point of view, changing the liquid helium temperature is extremely troublesome, and the cost therefor is not preferable.

本発明の目的は、上記問題を解決することにある。即
ち、第(2)式を満足する臨界電流値Iを容易に得るこ
とができ、最高感度の測定を容易に実現することのでき
るジョセフソン接合高感度磁束計を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to solve the above problems. That is, to provide a second (2) the critical current value I m which satisfies can be easily obtained, Josephson junction sensitive magnetometers to measure the maximum sensitivity can be easily realized.

(問題点を解決するための手段) 本発明のジョセフソン接合高感度磁束計は、第1図に示
されるように、2つのジョセフソン接合1、2を有する
超伝導制御ループ3と、一つのジョセフソン接合1また
は2を共有する2つの超伝導入出力ループ4および5か
らなっており、超伝導制御ループ3にはこれと磁気トラ
ンス結合する制御線6が近接して配される。また、超伝
導入出力ループ4および5の少なくとも一方(図におい
ては両方)にはやはりこれと磁気トランス結合する入出
力線7が近接して配される。ここで磁気トランス結合と
は超伝導制御ループ3と制御線6および超伝導入出力ル
ープ4、5と入出力線7が磁界を介して磁気的に結合す
ることを意味する。
(Means for Solving the Problems) As shown in FIG. 1, the Josephson junction high-sensitivity magnetometer of the present invention includes a superconducting control loop 3 having two Josephson junctions 1 and 2, and one The superconducting control loop 3 is composed of two superconducting input / output loops 4 and 5 which share the Josephson junction 1 or 2, and a control line 6 magnetically coupled to the superconducting control loop 3 is arranged in close proximity thereto. Further, at least one of the superconducting input / output loops 4 and 5 (both in the figure), an input / output line 7 which is also magnetically coupled to the superconducting input / output loops 4 is arranged in proximity. Here, the magnetic transformer coupling means that the superconducting control loop 3 and the control line 6 and the superconducting input / output loops 4 and 5 and the input / output line 7 are magnetically coupled via a magnetic field.

本発明の磁束計は第2図に示されるRF−SQUIDと
第3図に示されるDC−SQUIDとの中間的な構造を
有しているものと考えられる。このことは本発明の磁束
計はRF−SQUIDのジョセフソン結合をDC−SQ
UIDで置換した第4図に示される回路からII−Δ回路
網変換法則などの電気回路網変換によって得られること
からも明らかであり、従って本発明の磁束計をハイブリ
ット(Hybrid)SQUIDと呼ぶことができる。
The magnetometer of the present invention is considered to have an intermediate structure between the RF-SQUID shown in FIG. 2 and the DC-SQUID shown in FIG. This means that the magnetometer of the present invention uses the RF-SQUID Josephson coupling as the DC-SQ.
It is also apparent from the fact that the circuit shown in FIG. 4 substituted with the UID can be obtained by the electric network conversion such as the II-Δ network conversion law. Therefore, the magnetometer of the present invention is called a hybrid SQUID. You can

本発明のハイブリットSQUIDはRF−SQUIDと
DC−SQUIDの長所を兼ねそなえていて高感度でか
つ電荷による破損の問題もない。
The hybrid SQUID of the present invention has the advantages of RF-SQUID and DC-SQUID, has high sensitivity, and has no problem of damage due to electric charge.

(作用) 本発明のハイブリットSQUIDの特性は次式によって
記述される。
(Operation) The characteristics of the hybrid SQUID of the present invention are described by the following equations.

Ψ1は第1b図に定義されている通りであり、Ψ1=Φ1
+(Φ3/2)である。またΦe3、Φ3は制御ループ3の
それぞれ外部磁場、内部磁場である。第6図に励起外部
磁束 Φ=(Φe1−Φe2)/2に対する内部磁束Ψ1の関係
を示す。本発明においては制御用の外部磁束Φe3を変化
させるだけでΨ1とΦとの関係が様々に変化すること
がわかる。
Ψ 1 is as defined in FIG. 1b, Ψ 1 = Φ 1
A + (Φ 3/2). Further, Φ e3 and Φ 3 are the external magnetic field and the internal magnetic field of the control loop 3, respectively. FIG. 6 shows the relationship of the internal magnetic flux Ψ 1 to the excited external magnetic flux Φ e = (Φ e1 −Φ e2 ) / 2. In the present invention, it is understood that the relationship between Ψ 1 and Φ e changes variously only by changing the external magnetic flux Φ e3 for control.

第(1)式と第(3)式とを比較すると が成立していることがわかる。Comparing equation (1) with equation (3) It can be seen that

このことは第3図のDC−SQUIDにおいて I=I1+I2 =Isin(θ+δ)+Isin(θ−δ) =2Icosδ・sinθ=Isinθ (5) が成立することからわかるように第(4)式は典型的なD
C−SQUIDにおける臨界電流値の磁場による変調と
同じものである。
This is because in the DC-SQUID of FIG. 3, I = I 1 + I 2 = I m sin (θ + δ) + I m sin (θ−δ) = 2I m cos δ · sin θ = I M sin θ (5) holds. As you can see, equation (4) is a typical D
This is the same as the modulation of the critical current value by the magnetic field in C-SQUID.

本発明のハイブリットSQUIDはRF−SQUIDと
類似する形状を有しているのにDC−SQUID的働き
もしている。本発明の動作特性はRF−SQUIDとD
C−SQUIDとの中間的なものであることは実は第
(3)式においてすでに証明されている。
The hybrid SQUID of the present invention has a shape similar to that of the RF-SQUID, but also functions as a DC-SQUID. The operating characteristics of the present invention are RF-SQUID and D
The fact that it is intermediate between C-SQUID is actually
It has already been proved in equation (3).

第7図に示されるように本発明においては可変抵抗53
を変化させるだけで、Φe3を変化させ第(3)式に従って
ジョセフソン接合の実効的な臨界電流を変化させること
ができ、第6図に示されるような種々の特性を得ること
ができる。第2図に示される従来のRF−SQUIDの
特性を変化させようとすると液体ヘリウムの温度を変え
るという厄介で費用のかかる手段を用いるしかない。
As shown in FIG. 7, the variable resistor 53 is used in the present invention.
By changing Φ e3 , the effective critical current of the Josephson junction can be changed according to the equation (3), and various characteristics as shown in FIG. 6 can be obtained. In order to change the characteristics of the conventional RF-SQUID shown in FIG. 2, it is necessary to use a troublesome and expensive means of changing the temperature of liquid helium.

本発明は第(4)式を満足するので第(2)式の条件は次のよ
うに書きなおすことができる。
Since the present invention satisfies the expression (4), the condition of the expression (2) can be rewritten as follows.

これだと従来のRF−SQUIDの場合と事情が非常に
異なる。即ち、製造時においてはリソグラフィ、ドライ
・エッチング技術およびジョセフソン接合として弱結合
を使用する場合は陽極酸化法によって臨界電流Iを IΦ0/(4πL)が満たされる適当な値に作って
おく。正確にI=Φ/(4πL)である必要はな
い。動作時に、Φe3を調整して第(6)式を満足させて最
高感度を得ることができる。Φe3を変化させるには第7
図の可変抵抗53を変化させるだけでよく、従来のRF
−SQUIDの場合のように液体ヘリウム温度を変化さ
せることなく最高感度の条件式第(6)式を満足させるこ
とができる。
This is very different from the case of the conventional RF-SQUID. That is, in manufacturing, when the weak coupling is used as the Josephson junction and lithography, the dry etching technique, the critical current I m is made to be an appropriate value satisfying I m Φ 0 / (4πL) by the anodic oxidation method. deep. It need not be exactly I m = Φ 0 / (4πL). During operation, Φ e3 can be adjusted to satisfy equation (6) and obtain maximum sensitivity. 7th to change Φ e3
It is only necessary to change the variable resistor 53 in the figure, and the conventional RF
The conditional expression (6) with the highest sensitivity can be satisfied without changing the liquid helium temperature as in the case of -SQUID.

(実施例) 以下、本発明の実施例を説明する。第8図は第1図に示
された磁束計の実体構成を示す平面図である。
(Example) Hereinafter, the Example of this invention is described. FIG. 8 is a plan view showing the actual configuration of the magnetometer shown in FIG.

2つのジョセフソン接合1、2を有する超伝導制御ルー
プ3はSiO2等の絶縁体基板上に設けられた第1の超伝導
薄膜11aとこの薄膜11a上に絶縁膜を介して設けら
れた第2の超伝導薄膜12aとを第3の超伝導薄膜13
a、13a′によって弱結合することにより形成されて
いる。2つの超伝導入出力ループ4、5は第1の超伝導
薄膜11b、11cと第2の超伝導薄膜12b、12c
とを第3の超伝導薄膜13b、13cによって結合する
ことによって形成されている。ジョセフソン接合を形成
する弱結合は、超伝導制御ループ3の弱接合と共用され
たものとなっている。制御ループ3に磁束を印加する制
御線6は第2の超伝導薄膜12dによって形成されてお
り、入出力ループ4、5との間で磁束の入出力を行う入
出力ループは交差する部分を除いて第1の超伝導薄膜1
1dによって形成されている。この実施例においては、
磁束計の構成が左右対称であり入出力信号が左右反対称
であるので、地磁気等の外部磁場の影響を受けにくい。
本磁束計においては磁束計を製造するのに4つのマスク
を必要とするが、これは制御ループを有さない従来の磁
束計の場合と全く同一であり、制御ループを付加しても
製造工程が複雑になることはない。なお超伝導薄膜の材
料としてはNb等、絶縁膜としては超伝導薄膜を酸化し
たもの等を使用できる。
A superconducting control loop 3 having two Josephson junctions 1 and 2 is provided with a first superconducting thin film 11a provided on an insulating substrate such as SiO 2 and a first superconducting thin film 11a provided on the thin film 11a via an insulating film. The second superconducting thin film 12a and the third superconducting thin film 13
It is formed by weakly coupling with a and 13a '. The two superconducting input / output loops 4 and 5 include a first superconducting thin film 11b and 11c and a second superconducting thin film 12b and 12c.
And are coupled by the third superconducting thin films 13b and 13c. The weak bond forming the Josephson junction is shared with the weak junction of the superconducting control loop 3. The control line 6 for applying the magnetic flux to the control loop 3 is formed by the second superconducting thin film 12d, and the input / output loop for inputting / outputting the magnetic flux to / from the input / output loops 4 and 5 is excluding the intersecting portion. The first superconducting thin film 1
It is formed by 1d. In this example,
Since the configuration of the magnetometer is bilaterally symmetric and the input / output signals are bilaterally antisymmetric, it is unlikely to be affected by an external magnetic field such as geomagnetism.
In this magnetometer, four masks are required to manufacture the magnetometer, which is exactly the same as that of the conventional magnetometer without a control loop. Is never complicated. The superconducting thin film can be made of Nb or the like, and the insulating film can be made by oxidizing the superconducting thin film.

第9図は制御ループ3と入出力ループ4、5を制御線6
と入出力線7と別体に形成した場合の実施例の平面図で
あり、使用時に一体的に積層して使用するようにしたも
のである。図中符号は第8図と同じである。
FIG. 9 shows the control loop 3 and the input / output loops 4 and 5 connected to the control line 6.
FIG. 6 is a plan view of an embodiment in which the input / output line 7 and the input / output line 7 are formed separately from each other. Reference numerals in the figure are the same as those in FIG.

第10図は本発明の磁束計を使用する磁束測定装置の概
略図である。
FIG. 10 is a schematic view of a magnetic flux measuring device using the magnetometer of the present invention.

本発明の磁束計30の入出力線31の端子32と容量3
3とが並列に接続されており、これら入出力線31と容
量33とからなる並列共振回路はrf発振器34、rf検波
器35およびaf発振器42に接続されている。SW1
開放していると、磁束計30の制御線36には直流電源
37によって直流電流が印加されるようになっている。
制御線36に流れる電流の値は可変抵抗38によって調
整され、実効的な臨界電流値Iが最適な値とされる。
磁束測定ピックアップコイル39の一端は磁束計30の
入出力ループ40に合わせてループ状に形成されてお
り、入出力ループ40上に設置される。
The terminal 32 of the input / output line 31 and the capacitance 3 of the magnetometer 30 of the present invention
3 are connected in parallel, and the parallel resonance circuit including the input / output line 31 and the capacitor 33 is connected to the rf oscillator 34, the rf detector 35, and the af oscillator 42. When SW 1 is open, a direct current is applied to the control line 36 of the magnetometer 30 by the direct current power source 37.
The value of the current flowing through the control line 36 is adjusted by the variable resistor 38, and the effective critical current value IM is set to the optimum value.
One end of the magnetic flux measurement pickup coil 39 is formed in a loop shape in accordance with the input / output loop 40 of the magnetic flux meter 30, and is installed on the input / output loop 40.

af発振器42とrf発振器34とによって入出力線を介し
てaf変調磁束が入出力ループ40に加えられると、位相
検波器41からはrf信号を測定磁束で微分した値が得ら
れる。即ち、従来のRF−SQUID用の制御測定回路
をそのまま使用することができる。
When the af oscillator 42 and the rf oscillator 34 apply the af modulation magnetic flux to the input / output loop 40 via the input / output line, the phase detector 41 obtains a value obtained by differentiating the rf signal by the measured magnetic flux. That is, the conventional control measurement circuit for RF-SQUID can be used as it is.

SW1を閉じ、SW2をb側に切り換え、制御用ループ4
4にrf発振器43からの高周波信号を印加するように
し、位相検波器の基準入力としてrf発振器43の信号と
rf発振器34の信号との差周波信号f1−f2を使用する
と上述と全く同様にして測定を行うこができる。
SW 1 is closed, SW 2 is switched to the b side, and control loop 4
The high frequency signal from the rf oscillator 43 is applied to 4 and the signal of the rf oscillator 43 is used as the reference input of the phase detector.
If the difference frequency signals f 1 -f 2 from the signal of the rf oscillator 34 are used, the measurement can be performed in exactly the same manner as described above.

以下、本発明の別の実施例を説明する。第11図に記載
された実施例において、第1の超伝導入出力ループ4は
閉路a、b、c、aにより、第2の超伝導入出力ループ
5は閉路d、b、c、dにより形成されており、線路
b、cが第1および第2の超伝導入出力ループ4、5に
おいて共有されている。
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described. In the embodiment shown in FIG. 11, the first superconducting input / output loop 4 is closed by a circuit a, b, c, a, and the second superconducting input / output loop 5 is closed by a circuit d, b, c, d. Are formed and the lines b and c are shared by the first and second superconducting input / output loops 4 and 5.

第12図の実施例においては、第1の超伝導入出力ルー
プ4は閉路a、b、c、aにより、第2の超伝導入出力
ループ5は閉路d、b、c、dにより、超伝導制御ルー
プ3は閉路a、b、c、d、aにより形成されている。
この実施例は、第11図の実施例をT−ブリッジ回路綱
変換することにより得られる。また、本実施例をブリッ
ジ−π回路綱変換すると、第1図に示された構成を得る
ことができる。
In the embodiment shown in FIG. 12, the first superconducting input / output loop 4 is closed by the closed circuits a, b, c, a, and the second superconducting input / output loop 5 is closed by the closed circuits d, b, c, d. The conduction control loop 3 is formed by closed circuits a, b, c, d, a.
This embodiment is obtained by converting the embodiment of FIG. 11 into a T-bridge circuit. Further, when the bridge-π circuit class conversion of this embodiment is performed, the configuration shown in FIG. 1 can be obtained.

第13図の実施例はジョセフソン接合1、2を回路の外
周に設置するようにしたものであり、上記各実施例とは
全く内部磁束の量子化条件が異なる。第1の超伝導入出
力ループ4は閉路a、b、c、aにより、超伝導制御ル
ープ3は閉路a、c、d、aにより形成されている。
The embodiment of FIG. 13 is one in which the Josephson junctions 1 and 2 are installed on the outer periphery of the circuit, and the quantization conditions of the internal magnetic flux are completely different from the above embodiments. The first superconducting input / output loop 4 is formed by closed circuits a, b, c, a, and the superconducting control loop 3 is formed by closed circuits a, c, d, a.

第14図の実施例においては、第1の超伝導入出力ルー
プ4は閉路a、d、c、aから形成されており、第2の
超伝導入出力ループ5は閉路b、c、d、bから形成さ
れており、超伝導制御ループ3は閉路a、d、c、b、
aから形成されている。本実施例は第13図の実施例を
T−ブリッジ回路綱変換することにより得ることができ
る。
In the embodiment of FIG. 14, the first superconducting input / output loop 4 is formed of closed circuits a, d, c, a, and the second superconducting input / output loop 5 is closed circuit b, c, d ,. b, and the superconducting control loop 3 has the closed paths a, d, c, b,
It is formed from a. This embodiment can be obtained by converting the embodiment of FIG. 13 into a T-bridge circuit.

第15図の実施例においては、第1の超伝導入出力ルー
プ4は閉路a、e、f、c、aから形成されており、第
2の超伝導入出力ループ5は閉路b、d、f、e、bか
ら形成されており、超伝導制御ループ3はa、b、d、
e、aから形成されている。本実施例は第14図の実施
例をブリッジ−Y回路綱変換することにより得ることが
できる。
In the embodiment of FIG. 15, the first superconducting input / output loop 4 is formed of closed circuits a, e, f, c, a, and the second superconducting input / output loop 5 is closed circuit b, d ,. The superconducting control loop 3 is formed of f, e, b,
e, a. This embodiment can be obtained by converting the embodiment of FIG. 14 into a bridge-Y circuit.

なお、上記各実施例においては第1および第2の超伝導
入出力ループ4、5に入出力線7が近接して配された
が、第1および第2の超伝導入出力ループ4、5の一方
のみに入出力線7を近接して配しても磁束の測定は可能
である。
In each of the above embodiments, the input / output line 7 is arranged close to the first and second superconducting input / output loops 4 and 5, but the first and second superconducting input / output loops 4 and 5 are arranged. The magnetic flux can be measured even if the input / output line 7 is arranged close to only one side.

さらに、ジョセフソン接合としても従来公知のいかなる
ものをも使用できる。
Further, as the Josephson junction, any conventionally known one can be used.

(発明の効果) 詳細に説明したように、本発明のSQUID高感度磁束
計では、動作時に、超伝導制御ループに印加するバイア
ス磁場を調整するだけで感度のピークを容易に実現でき
る。このことのために従来のRF−SQUIDとくらべ
て次のような長所を持っている。
(Effect of the Invention) As described in detail, in the SQUID high-sensitivity magnetometer of the present invention, the peak of sensitivity can be easily realized only by adjusting the bias magnetic field applied to the superconducting control loop during operation. Because of this, it has the following advantages over the conventional RF-SQUID.

(1)陽極酸化法によるジョセフソン接合の臨界電流の調
整に対する厳しさが大巾に緩和され、製造歩留りが向上
し、薄膜本来の大量生産が可能となった。
(1) The strictness on the adjustment of the critical current of the Josephson junction by the anodic oxidation method was greatly eased, the production yield was improved, and the original mass production of thin films became possible.

(2)ジョセフソン製造の臨界電流が経年変化しても、従
来のような性能劣化や破損を意味しない。調整制御ルー
プ印加するバイアス磁束をずらせるだけで感度のピーク
を与える条件は完全に満足させることができ最高感度が
再現する。これは装置の寿命が長くなったことを意味し
ており、装置を常に最高感度で使用できることを意味し
ている。
(2) Even if the critical current of Josephson manufacturing changes over time, it does not mean performance deterioration or damage as in the past. Adjustment control loop The condition that gives the peak of sensitivity can be completely satisfied only by shifting the bias magnetic flux applied, and the maximum sensitivity is reproduced. This means that the life of the device is extended and that the device can always be used with maximum sensitivity.

(3)最高感度の点で動作させるには制御電源の可変抵抗
を変化させるだけでよく、従来のような液体ヘリウムの
温度を変化させるという、困難で金きかかることを実行
する必要がなくなった。
(3) To operate at the point of maximum sensitivity, it is only necessary to change the variable resistance of the control power supply, and it is no longer necessary to perform the difficult and expensive operation of changing the temperature of liquid helium as in the past. .

(4)弱結合以外の臨界電流値を製造後に変更しえないジ
ョセフソン接合をも使用することができる。
(4) Josephson junctions whose critical current values other than weak coupling cannot be changed after manufacturing can also be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1a図および第1b図は本発明の実施例の概念図、 第2図は従来のRF−SQUIDを表わす図、 第3図は従来のDC−SQUIDを表わす図、 第4図はRF−SQUIDのジョセフソン接合をDC−
SQUIDで置き換えた場合の回路図、 第5図はRF−SQUIDの特性を表わすグラフ、 第6図は本発明のハイブリットSQUIDの特性を表わ
すグラフ、 第7図は本発明のハイブリットSQUIDの制御手段を
表わす図、 第8図および第9図は本発明の磁束計の実体構造の一例
を示す平面図、 第10図は本発明の磁束計に用いられる磁束測定装置の
概略図、 第11図ないし第15図はそれぞれ本発明の別の実施例
の概念図である。 1、2……ジョセフソン接合 3……超伝導制御ループ 4……第1の超伝導入出力ループ 5……第2の超伝導入出力ループ 6……制御線 7……入出力線
1a and 1b are conceptual diagrams of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a conventional RF-SQUID, FIG. 3 is a diagram showing a conventional DC-SQUID, and FIG. 4 is an RF-SQUID. DC of Josephson junction of
FIG. 5 is a graph showing a characteristic of RF-SQUID, FIG. 6 is a graph showing a characteristic of hybrid SQUID of the present invention, and FIG. 7 is a control means of hybrid SQUID of the present invention. Fig. 8, Fig. 8 and Fig. 9 are plan views showing an example of the actual structure of the magnetometer of the present invention, Fig. 10 is a schematic view of the magnetic flux measuring device used in the magnetometer of the present invention, and Figs. FIG. 15 is a conceptual diagram of another embodiment of the present invention. 1, 2 ... Josephson junction 3 ... Superconducting control loop 4 ... First superconducting input / output loop 5 ... Second superconducting input / output loop 6 ... Control line 7 ... Input / output line

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】2つのジョセフソン接合を有する超伝導制
御ループ、一方の前記ジョセフソン接合を前記制御ルー
プと共有する第1の超伝導入出力ループ、他方の前記ジ
ョセフソン接合を前記制御ループと共有する第2の超伝
導入出力ループ、および前記超伝導制御ループに近接し
て配され、前記超伝導制御ループと磁気トランス結合す
る制御線を備えてなるジョセフソン接合高感度磁束計。
1. A superconducting control loop having two Josephson junctions, a first superconducting input / output loop that shares one of the Josephson junctions with the control loop, and the other Josephson junction with the control loop. A Josephson junction high-sensitivity magnetometer comprising a shared second superconducting input / output loop and a control line disposed in proximity to the superconducting control loop and magnetically coupled to the superconducting control loop.
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